[发明专利]基于FPGA的印刷电路板图像骨架化方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种印刷电路板缺陷的检测方法。

(二)背景技术

目前，公知的印刷电路板缺陷的检测方法是基于图像的加、减等简单逻辑运算，对运算结果的分析比较简单，难以确定图像之间的差异并确定其缺陷类型，检测速度较慢，难以实现对采集图像的实时处理，影响检测效率。已有抽取图像骨架的方法为细化算法，利用二值形态操作判断像素点的8邻域的情况。骨架抽取的过程中，因为上、下、左、右方向和对角线方向删除像素的速度不同，结果会丢失一些图像的基本特征，焊盘的骨架抽取为十字或者×字，严重影响后续的图像处理；而且细化算法需要对每个像素进行8邻域分析，在软件上处理一幅较大图像，费时很多，难以实现实时处理。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的印刷电路板图像骨架化方法，要解决现有细化抽取图像骨架的算法常常会丢失图像特征、且检测费时、难以实现实时处理的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于FPGA的印刷电路板图像骨架化方法，应用光学取像、成像装置和图像数据分析处理系统，图像数据分析处理系统应用现场可编程门阵列采集卡FPGA，其特征在于步骤为：

步骤1，输入图像数据。

步骤2，分析每个像素的3×3邻域，并统计周围8像素中向素值为1的个数n，和0和1转换的次数S，输出为1，保留为1的像素。

步骤3，判断中心像素是否为1，如输出为0，删除中心像素。

步骤4，当1＜n≤6，S＝2，且循环次数为奇数次时，考察中心像素的右、下两个方向像素，以及中心像素的左、上两个方向像素，判断0和1是否有交叉，输出0，删除该像素。

步骤5，当1＜n≤6，S＝4，n＝4，且循环次数为奇数次时，考察中心像素的左上、右上两个方向像素，以及中心像素的左下、右下两个方向像素；判断中心像素的下方像素是否为1，0和1是否分为两个连通区域，输出为0，删除该像素。

一种基于FPGA的印刷电路板图像骨架化方法，其特征在于：

在图像数据分析处理系统中生成查找表，此查找表的输入是代表3×3区域的像素排列的9位地址，输出是每次循环中3×3区域的中心像素是要保留或者要删除。

将查找表下载到FPGA的存储器内，对输入图像的每个像素并行处理，分析其3×3区域内像素的排列情况，得到一个查找地址，然后在查找表中查找该地址所对应的输出，是1则保留该中心像素，是0则删除该中心像素，输出图像骨架。

所述查找表生成方法：

a、统计以该像素为中心的3×3区域周围8个像素的像素值为1的个数n和0、1转换次数S；

b、根据n和S的值，确定输出结果，当1＜n≤6，S＝2时，是删除的候选点，循环次数为奇数次时，考察下、右两个方向；当循环次数为偶数次时，考察左、上两个方向；当1＜n≤6，S＝4，n＝4时，是删除的候选点，考察对角线上的点，满足条件时，即可删除。

一种基于FPGA的印刷电路板图像骨架化的系统，包括光学取像、成像装置和图像数据分析处理系统，其特征在于：图像数据分析处理系统包括一个含有可配置逻辑块、存储器、数字时钟管理模块、接口模块和互联布线的现场可编程门阵列采集卡，其中，存储器中存有查找表；可配置逻辑块包括顺次连接的：图象数据二值化模块、比较器模块、计算器模块和特征处理器模块。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明根据内部点、孤立点不能删除，除此之外的不影响连通性的像素点都可以删除，同时保留图像基本特征的原则，在计算机上利用程序生成一个静态查找表，此查找表的输入是代表3×3区域的像素排列的9位地址，输出是每次循环中3×3区域的中心像素是要保留(1)或者要删除(0)。然后根据此查找表，在硬件FPGA中，处理图像的每个像素，检查以此像素为中心的3×3区域的像素排列状况，得到一个查找地址，然后在查找表中查找该地址所对应的输出，是1则保留该中心像素，是0则删除该中心像素，输出图像骨架。

本发明使用新的骨架化规则，对图像的上、下、左、右、及对角线方向左上、左下、右上、右下八个方向并且分奇偶次进行骨架化，保证了各方向的骨架化速度一致，保留图像的基本特征。图像的骨架是描述图像几何及拓扑性质的重要特征之一，在文字识别、地质构造识别、工业零件形状识别和图像理解中，首先对被处理的图像进行骨架抽取有助于突出形状特征和减少信息量的冗余。

本发明提供的这种新型Skel算法，使用查找表，特别适合在硬件FPGA中并行处理，同时释放软件资源，大大提高处理速度。